Nový přístup k prevenci vředů a léčbě ran pomocí nanokompozitů doxycyklinu a amoxicilinu/LDH

Obrázek 1A ukazuje XRD vzorce LDH, doxycyklinu a doxycyklinu/LDH. Výsledky XRD potvrzují strukturu LDH vzhledem ke kartě ICDD č. (00-048-0601)18. Průměrná velikost krystalitů (L) byla vypočtena pomocí Debye-Schererova vzorce, L = kλ/Bcosθ, kde k je tvarový faktor, B je šířka spektrální čáry v polovině intenzity maxima, λ je vlnová délka rentgenového záření a θ je Braggův difrakční úhel. Mg-Al LDH byly indexovány do romboedrické krystalové struktury s prostorovou skupinou R-3m a parametry jednotkové buňky a = b = 3,04 Å a c = 23,5 Å. Bazální roviny (003) a (006) a rozšíření rovin (015) a (018) potvrdily vrstevnatou strukturu LDH. Velikost krystalitů byla 16,441 nm. Všechny píky doxycyklinu/LDH jsou podobné píkům difrakčního obrazce LDH, což potvrzuje stabilitu struktury po zatížení. Obrázek 1B ukazuje, že všechny vzory naznačují vznik dobře krystalizované hydrotalcitové fáze amoxicilinu-LDH. Zajímavé je, že po zatížení DOX/LDH a AMOX/LDH byly mezery v bazálních rozestupech 0,112 a 0,419 Å v případě DOX a AMOX. Tyto výsledky naznačují, že změna d rozestupů byla velmi malá; což naznačuje, že DOX nebo AMOX vykazují méně účinný průnik do mezivrstvy Mg-Al/LDH19. Proto změna v XRD vzoru poskytuje nepřímý důkaz, že léčiva byla adsorbována na povrchu pozitivního LDH. Žádný materiál nebyl kontaminován atmosférickým CO2, což potvrdila i EDAX.

Pro odhad struktury nanokompozitů Mg-Al/LDH, amoxicilin/LDH a doxycyklin/LDH byla zkoumána FT-IR spektra, jak je znázorněno na obr. 1(C,D). Chemické vazby v Mg-Al-NO3 LDH byly identifikovány podle pásu soustředěného při 622 cm-1 a přisuzovaného vibracím M-O-M20,21. Tento pás, podobně jako pás spojený s ohybem M-O-H21 , zahrnuje translační pohyb iontů kovového kyslíku ve vrstvách podobných brucitu22,23. Silný široký pás při 3441 cm-1 souvisí s natahovacími vibracemi vazby H skupiny OH (ν O-H) ve vrstvách podobných brucitu21. Ohybové vibrace (δ H2O) molekul H2O v mezivrstvách20 se objevily při 1638 cm-1. Pík umístěný při 1381 cm-1 souvisí s ν3 stretchingovou vibrací NO3 skupin v mezivrstvách LDH.

Zajímavé je, že na obr. 1C,D je vidět přítomnost důležitých pásů AMOX a DOXY ve spektrech kompozitů Mg-Al LDH/AMOX a Mg-Al LDH/DOXY, což svědčí o úspěšném naložení léčiv v Mg-Al LDH hostiteli24,25 . Kromě toho se snížila intenzita píku NO3 při 1381 cm-1 , což svědčí o výměně dusičnanových aniontů antibiotiky24. Kromě toho se některé píky posunuly na nové hodnoty; např. pík skupiny NO3 při 1381 cm-1 se posunul na 1375 cm-1, zatímco některé píky, jako např. pík související s protahovací vibrací C=O karbonylové skupiny COO- v AMOX při 1775 cm-1, u nanokompozitu Mg-Al LDH/AMOX vymizely, což potvrzuje proces nakládání.

Morfologie Mg-Al/LDH byla zkoumána pomocí snímků FESEM, které podpořily výsledky XRD; kde jsou všechny vrstvy seskupeny do morfologie podobné deskám, jak je znázorněno na obr. 2. This is due to the slowness of the homogeneity and nucleation processes.

The HRTEM micrographs presented further confirmation on the observations of XRD, In Fig. 3A,B, the HRTEM images showed the layered structures Mg-Al/LDH. While in Fig. 3C,D show Mg-Al/LDH after loading Doxycycline and finally Fig. 3E,F show Amoxicillin drugs on Mg-Al/LDH. The layered structure appeared, therefore the LDH structure is stable after drug loading. The Selected Area Electron Diffraction (SAED) pattern assumed the good crystallinity of LDHs.

Průměrné průměry Z a potenciály Mg-Al/LDH, doxycyklinu/LDH a amoxicilinu/LDH při různých hodnotách pH, stanovené pomocí dynamického rozptylu světla, jsou uvedeny v tabulce 1. Průměry doxycyklinu/LDH a amoxicilinu/LDH byly o 723,1 a 1217,8 nm větší než průměry Mg-Al/LDH. Tento rozdíl lze přičíst adsorpci amoxicilinu a doxycyklinu na povrchu LDH. Optimalizované zeta potenciály Mg-Al/LDH, doxycyklinu/LDH a amoxicilinu/LDH při různých hodnotách pH jsou uvedeny v tabulce 1. Kladný zeta potenciál Mg-Al/LDH při různých hodnotách pH je dán povahou LDH. U AMOX/LDH a DOX/LDH se zeta potenciál snížil ve srovnání s čistým LDH. To odráží, že AMOX a DOX byly rozsáhle úspěšné nanokompozitní formulace26

Údaje v tabulkách (2 a 3) představují výsledky studií akutní toxicity nanokompozitu DOX/LDH a AMOX/LDH u myší po perorálním podání. Po podání nanokompozitů DOX/LDH a AMOX/LDH byly pozorovány příznaky toxicity u onemocnění jako třes, zrychlené dýchání, klenutý hřbet, křeče a kóma s následnou smrtí. U nanokompozitů DOX/LDH bylo zjištěno, že pravděpodobnost úmrtí začíná při 600 mg/kg tělesné hmotnosti ve srovnání s 1100 mg/kg tělesné hmotnosti u AMOX/LDH. LD50 byla vypočtena na 1100, resp. 1210 mg/kg tělesné hmotnosti u DOX/LDH a AMOX/LDH a 100% mortality (LD100) bylo dosaženo při dávce 1600, resp. 1500 mg/kg tělesné hmotnosti u obou nanokompozitů. Tyto výsledky naznačily bezpečné použití nanokompozitů DOX/LDH i AMOX/LDH ve farmakologických studiích.

Pro hodnocení léčby vředů v této studii jsme uvažovali hodnoty LD50 1/200 pro nanokompozit DOX/LDH a 1/30 pro nanokompozit AMOX/LDH. Toxikologické studie pro oba nanokompozity byly zkoumány na myších a aplikace na rány a vředy byly zkoumány na potkanech, protože v naší studii nebyl pozorován žádný významný rozdíl mezi LD50 mezi potkany a myšmi. V mnoha studiích je terapeutická dávka u potkanů téměř ekvivalentní dávce u myší, ale pokud se ptáte na toxickou dávku, liší se ve významných aspektech. Pokud provedete studii akutní toxicity, abyste stanovili novou a nejbezpečnější terapeutickou dávku pomocí myší, můžete si být jisti, že tato dávka je pro potkany dostatečně bezpečná. Pro výběr ideální terapeutické dávky u potkanů ve srovnání s myšmi je třeba upravit jen několik (např. pouze +/-5 %) dávkovacích režimů nebo se neliší jen v některých případech. Navrhuje se tedy úprava dávky u myší a pak ji lze snadno převést a upravit u potkanů, což stejně jako zajišťuje i ekonomický přínos, jak již bylo uvedeno v jiných studiích27,28,29,30,31,32,33,34 (1-7).

Podle LD50 a se zvyšující se dávkou léčiva se ve studii zvyšovala toxicita, jak je uvedeno v tabulkách 2 a 3. V tabulkách 2 a 3 jsou uvedeny hodnoty LD50 a LD50. Tyto dávky jsme navíc nejprve zvolili pro pilotní studii a na základě získaných výsledků jsme vypočítali LD50. Navíc jsme na základě v předchozí literatuře35,36 zjistili stejnou dávku pro amoxicilin i doxycyklin. Dávkování účinné složky léčiva (pouze AMOX nebo DOX) bylo následující: Potkanům SD (250-300 g, šest potkanů pro každou skupinu) nalačno po dobu 8 h byla perorálně podávána NP s amoxicilinem nebo práškem amoxicilinu v dávce 40 mg/kg35. Dávka doxycyklinu byla zvolena podle LD50 a podle předchozí studie, která uvádí, že doxycyklin má pH přibližně 3,3 a dávku 5 mg/kg tělesné hmotnosti36..

U potkanů léčených lokální aplikací nanokompozitní masti DOX/LDH (G4) a AMOX/LDH (G2) bylo zjištěno významné zvýšení procenta hojení rány a velikosti uzávěru rány ve 4. týdnu (p < 0.001, p < 0,00), 8 (p < 0.001, p < 0,001),12 (p < 0,001, p < 0,00) a 16 den (p < 0.001, p < 0,001) lokálního podání na plochu rány u DOX/LDH, respektive AMOX/LDH ve srovnání s neošetřenou kontrolní skupinou. Kromě toho bylo zjištěno významné zvýšení aktivity hojení rány u G3 (AMOX), G5 (DOX), G6 (standard) a G7 (Mg AL) při 4 (p < 0,5, p < 0,001, p < 0.).001, p < 0,5), 8 (p < 0,001), 12 (p < 0,001) a 16 dní (p < 0,001) léčby ve srovnání s neošetřenými kontrolními skupinami. Mezi skupinami G3, G5, G6 a G7 byly pozorovány nesignifikantní rozdíly. Významné zvýšení míry uzavření rány bylo prokázáno u skupin G2 a G4 ve srovnání s ostatními skupinami kromě kontrolních G3, G5, G6 a G7 (tabulka 4), (obr. 4) a (graf 1). Úplného zhojení rány bylo dosaženo po 18 dnech u nanokompozitů DOX/LDH (G4) a AMOX/LDH (G2) a G6 (standard) ve srovnání s 24 dny pro úplné uzavření u ostatních skupin; což ukazuje na rychlejší vysoce účinný proces hojení rány u nanokompozitů s antimikrobiálními léčivy.

Histopatologická vyšetření vzorků kůže z různých ošetření ukázala, že nanokompozity AMOX/LDH i DOX/LDH vedly k úplnému zhojení rány s normální tvorbou epitelu a cév. Kromě toho se stejná aktivita hojení objevila i u standardní skupiny, ale s nižší účinností než u těchto dvou skupin. Ostatní skupiny AMOX, DOX, Mg/Al a kontrolní skupiny naopak vykazovaly úplné hojení rány s překrvením a prasknutím epitelu (obr. 5).

Orální podání biotechnologického přípravku Absolute Ethanol 98,9 % potkanům 24 hodin nalačno vyvolalo vyšší index vředů u kontrolní neléčené skupiny (P < 0,00) ve srovnání s ostatními léčenými skupinami. Významné snížení vředového indexu bylo pozorováno u skupin předléčených DOX/LDH (p < 0,000) a AMOX/LDH (p < 0,000) s vyšší mírou ochrany ve srovnání s kontrolní neléčenou skupinou. Standardní skupina, které byl podáván Ranitidin®, rovněž vykázala významné snížení (p < 0,000) indexu vředů ve srovnání s kontrolní skupinou. Potkani léčení AMOX/LDH (G2) (p > 0,05), DOX/LDH (G4) (p > 0.05), AMOX (G3) (p > 0,05) a standardní skupina (G6) (p > 0.05) na druhou stranu vykazovaly nesignifikantní rozdíly ve vzájemném srovnání, avšak odhalily signifikantní rozdíl při srovnání s DOX (G5) (p < 0,05) a Mg-Al (G7) (p < 0,05). Tyto dvě skupiny G5 (p > 0,05) a G7 (p > 0,05) vykazovaly mezi sebou nevýznamné rozdíly, ale významně se lišily od kontrolní skupiny bez ošetření. Maximální procento ochrany žaludku bylo pozorováno u skupin DOX/LDH, AMOX/LDH a standardní skupiny ve srovnání s ostatními skupinami (Tabulka 5) a (Obr. 6).

Histopathological investigation into the different treatments of the stomach revealed good gastric and mucosal protection with normal structure in the DOX/LDH, AMOX/LDH, Standard and Mg/Al, while deep gastric ulcer was observed in DOX, AMOX. and the Control Groups (Fig. 7).

Rychlá clearance a metabolismus, nestabilita v biologických tekutinách, vysoké dávkování, systémové nežádoucí účinky a omezení dosažení místa účinku jsou hlavními nevýhodami antimikrobiálního použití37. Systém dodávání léčiv pomocí nanotechnologie je nyní velmi důležitým modelem pro zvýšení terapeutické účinnosti léčiv, aktivní nebo pasivní cílení, řízené uvolňování a eliminaci systémových nežádoucích účinků léčiv38. Podle našich nejlepších znalostí jsou sice doxycyklin i amoxicilin běžně používanými širokospektrými antimikrobiálními léčivy pro léčbu mnoha onemocnění u lidí i zvířat. Žádné předchozí studie týkající se nakládání těchto léčiv do nanokompozitu LDH (Layered Double Hydroxide) pro zkoumání nových aplikací nebyly provedeny. Stejně tak se žádné předchozí údaje netýkaly aktivity hojení ran nebo léčby vředů nanokompozity DOX/LDH nebo AMOX/LDH. Plán této studie zahrnoval dva hlavní cíle: Inkorporace doxycyklinu a amoxicilinu do Mg/Al LDH ve formě antimikrobiálních nanokompozitů a také zkoumání jejich schopnosti hojení ran a léčby vředů in vivo, kromě screeningu jejich akutní toxicity.

Dvojvrstvý hydroxid (LDH) prokázal velký význam jako nový model pro systém podávání léčiv v oboru farmakologie díky své bezpečnosti a nízké toxicitě38.

Ve studii akutní toxicity byla ke stanovení akutní toxicity nanokompozitů DOX/LDH a AMOX/LDH použita hodnota LD50. U nanokompozitů DOX/LDH se toxické příznaky a úmrtnost u myší projevily již při 600 mg/kg tělesné hmotnosti a maximální úmrtnosti (LD100) bylo dosaženo při 1600 mg/kg tělesné hmotnosti. Naproti tomu mortalita nanokompozitů AMOX/LDH začínala při 1000 mg/kg tělesné hmotnosti a maximální mortality (LD100) bylo dosaženo při 1500 mg/kg tělesné hmotnosti. LD50 DOX/LDH byla 1100, zatímco LD50 AMOX/LDH byla 1210; obě látky byly tedy považovány za bezpečné. Myši léčené DOX/LDH nebo AMOX/LDH nevykazovaly po léčbě běžným dávkováním žádné toxické příznaky ani úmrtnost, což svědčí o bezpečnosti těchto léčiv pro použití. Léčiva nebo materiály s hodnotou LD50 1000 mg/kg tělesné hmotnosti. |jsou považovány za bezpečné nebo s nízkou toxicitou po perorálním podání39; proto jsou DOX/LDH i AMOX/LDH považovány za bezpečné léky. Podobně jsou LDH na bázi hořčíku nebo hliníku považovány za nejbezpečnější nanomateriály pro podávání léčiv a ve srovnání s ostatními typy LDH jsou nejméně toxické40. Proto se LDH široce používají jako nanomateriálové nosiče pro systémy dodávající léčiva nebo jiné látky, jako jsou proteiny nebo geny41.

Nanotechnologie vykazují velkou vhodnost při zlepšování léčby hojení ran. Nanometrové měřítko otevřelo cestu k vývoji nových materiálů pro použití ve vysoce pokročilých lékařských technologiích a oživení cílové účinnosti multifunkčních nanonosičů. Začlenění malých molekul léčiv do nanočástic nebo vrstev by mohlo modulovat jejich bezpečnost, biologickou dostupnost a účinnost42. Farmakokinetika a farmakodynamika léčiv jsou výrazně ovlivněny velikostí nano nosiče43.

Hojení ran stále zůstává náročným klinickým problémem, pro který je nezbytná účinná manipulace s ranami a péče o ně. Účinná obnova ran a tkání je navíc stále velkou výzvou pro zdravotnictví a biomedicínu 21. století. Infikované nebo chronické rány často vedou ke ztrátám na životech v důsledku ztráty schopnosti vykonávat požadovanou funkci a zvýšené intenzity bolesti, navíc představují zátěž pro zdroje zdravotnického systému1, takže hledání metod nebo léčiv, která by mohla pomoci urychlit proces hojení ran a zkrátit dobu úplného zotavení ran, by odhalilo terapii velkého významu. Jako ukazatel aktivity hojení rány bylo kromě histopatologických nálezů použito procento aktivity hojení a velikost uzávěru rány po dobu 22 dnů. Po lokální aplikaci vykazovaly nanokompozity DOX/LDH rychlý a úplný proces hojení rány v kratší době, stejně jako nanokompozity AMOX/LDH, a to lépe než samotná volná léčiva a skupina bez léčby. Stejně tak DOX, AMOX, LDH (Mg/Al) a standardní skupina vykazovaly dobrou hojivou aktivitu, ale v delším časovém období než DOX/LDH a AMOX/LDH nanokompozitní mast. Dobrou hojivou aktivitu nanokompozitů DOX/LDH a AMOX/LDH lze přičíst dobré penetrační schopnosti nanomateriálu nesoucího antimikrobiální látky do rány. Hlavní příčinou nehojících se ran jsou bakteriální infekce44 , proto se k naložení na nanomateriál LDH používají širokospektrá antibiotika doxycyklin a amoksicilin proti grampozitivním a gramnegativním bakteriím. Stafylokok je jedním z nejčastějších bakteriálních patogenů zodpovědných za většinu infekcí ran a je považován za jednu z hlavních příčin nemocničních infekcí. Slabé antimikrobiální látky nebo látky se slabou invazivní schopností mohou vést k bakteriémii, sepsi a/nebo syndromu toxického šoku45. Dobrá penetrační schopnost doxycyklinu i amoxicilinu do oblasti rány prostřednictvím nanomateriálů zabraňuje výskytu jakékoli bakteriální infekce a pomáhá urychlit proces hojení rány s úplnou tvorbou srsti a bez přítomnosti strupů.

Histopatologické nálezy ukázaly, že nanokompozity amoxicilinu a doxycyklinu vykazovaly rychlou kontrakci, což je velmi důležité pro rychlé uzavření rány, zejména u zvířat se ztrátovou kůží (myš, potkan). Re-epitelizace byla společnou fází pro všechna zvířata během procesu hojení rány a kontaktního povrchu epitelu46.

Nanočástice zvyšovaly aktivitu nosných materiálů, jako jsou léčiva, díky svému velkému poměru povrchu k objemu. Kromě toho se při použití LDH nanovrstev zvyšuje účinnost antimikrobiální aktivity doxycyklinu a amoxicilinu47. Hořčíkové i hliníkové ionty LDH mají antimikrobiální aktivitu a působí jako lapače volných radikálů ROS (Reactive Oxygen Species). Oxidační stres navíc vede ke zvýšené produkci ROS a také oddaluje buněčné procesy podílející se na hojení ran. V důsledku toho Mg/Al pomáhá získat dobrou hojivou aktivitu v kratším čase48.

Hlavní příčinou nehojící se rány na sliznici je bakteriální infekce vedoucí ke vzniku gastrointestinálního vředu (GIU), který je u dospělých a dětí na celém světě způsoben především bakterií Helicobacter pyloriis. Neúspěch léčby dostatečnou koncentrací antibiotik je způsoben tím, že H.pyloriis žije pod žaludeční sliznicí podporující žaludeční epitel5. Nanočástice nabité antibiotiky prokázaly účinnou léčbu gastrointestinálních infekcí, protože jejich částice malých rozměrů účinně ulpívají na žaludeční sliznici a dobře působí proti zde žijícím bakteriím7. Na základě toho vykazovaly obě skupiny léčené nanokompozity DOX/LDH a AMOX/LDH po 7 dnech léčby významný pokles vředového indexu nebo závažnosti vyvolaného vředu. Snížení indukce vředů lze přičíst dokonalé adhezi nanomateriálů Mg/Al-LDH díky jejich malé velikosti, která později umožňuje řízené uvolňování antibiotik. Možný mechanismus ochrany gastrointestinálního traktu před vznikem vředu nebo rány prostřednictvím ulcerované tkáně zejména v žaludcích produkujících velké množství hlenu, což podporuje adhezi částic malých rozměrů díky jejich malé hmotnosti. Kromě toho žaludeční zánět zvyšuje produkci hlenu a drobné částice na něm lépe ulpívají49. V místě zánětu imunitní buňky, jako jsou makrofágy, pohlcují malé částice a následně nakládají antibiotika, která se uvolňují a vyvolávají lokální účinky50.

V obou skupinách léčených doxycyklinem i amoxicilinovými antibiotiky se navíc významně snížil počet vředů. Tento pokles lze přičíst jejich antibakteriální aktivitě při léčbě ran nebo vředů51. Na stejném základě vykazovala Mg/Al LDH snížení počtu vředů ve srovnání s kontrolními neléčenými potkany. Tento pokles nebo že ochrana žaludku byla způsobena ochrannou vrstvou vytvořenou Mg/Al LDH, která byla běžně používána jako prostředek proti kyselinám52. Vředová onemocnění léčená nanonosičem LDH ve formě perorálního antikyselinového a antipepsinového přípravku potvrdila bezpečnost a biokompatibilitu tohoto nanosystému, což potvrzují i histopatologické nálezy.

Pokud je nám známo, nebyly zaznamenány žádné předchozí studie zabývající se účinností výše uvedených antibiotik při léčbě ran nebo vředů, existuje však řada studií, které ukazují význam lokálního podávání antibiotik pro rychlost hojení a prevenci infekce. V současné době se lokální antimikrobiální léčba vředů nebo ran pevněji etablovala vzhledem k jejímu významu s ohledem na rychlost hojení. Doba hojení je nejdůležitějším konečným ukazatelem při léčbě ran53. Někteří výzkumníci zaznamenali 83% míru zhojení za 30 týdnů54 , zatímco jiní uvádějí, že 62/90 (69 %) žilních bércových vředů bylo zhojeno do 12 týdnů. Moffatt a spol.55 zjistili, že 70 % žilních vředů se zhojilo po 48 týdnech léčby; autoři také poznamenali, že většina důkazů o míře hojení pochází z výsledků randomizovaných kontrolovaných studií. Tyto studie obvykle dosahují u pacientů po 24 týdnech míry zhojení přesahující 60 %, ale nemusí odrážet složité problémy, s nimiž se setkáváme v klinické praxi. Vzhledem k těmto studiím bude mít převedení antibiotik do nanoformy významný vliv na rychlost hojení v kratší době, jako v naší studii.

Hlavní myšlenka této studie se točí kolem lokální aplikace antibiotik s vysokou penetrační schopností a prodlouženou rychlostí uvolňování prostřednictvím jejich naložení na nanomateriály. Lokální aplikace takových antibiotik na rány zabraňuje vzniku infekcí, které zpomalují rychlost hojení, takže proces hojení ran a vředů trvá kratší dobu. Následně jsme zjistili, že přidání antibiotik urychluje proces hojení a zkracuje dobu hojení díky prevenci infekcí.

Mezi výhody lokální terapie patří možnost dodat vysokou lokální koncentraci s malými dávkami látky i u pacientů s ischemií končetin, aby se zabránilo efektu prvního průchodu v gastrointestinálním traktu, a také snížení rizika systémových nežádoucích účinků. Lokální přípravky dosahují velmi vysokých lokálních koncentrací56. Kromě toho samotná eradikace nebo redukce mikroorganismů v ráně není dostatečným konečným ukazatelem účinnosti léčiv57 , ale závisí také především na jejich penetrační síle a její účinnosti. A konečně, žádné klinické údaje nepodporují použití lokální antibiotické léčby pro prevenci recidivy infekce rány. Všechny otevřené rány jsou kolonizovány mikroorganismy, které obecně ovlivňují proces hojení. Pokud však kolonizace přeroste v lokální infekci, která se následně stane systémovou, může být výsledek život ohrožující. Péče o rány proto zahrnuje nejen čištění, debridement a léčbu základní etiologie, ale také opatření k prevenci pravděpodobnosti, že se kolonizované rány stanou místně nebo dokonce systémově infikovanými58. Bylo prokázáno, že lokální antibiotická léčba hraje roli při podpoře hojení, ačkoli léčba základní etiologie zůstává klíčovým prvkem59. Mezi lokální faktory, které mohou zpozdit hojení, patří množství bakterií přítomných na povrchu rány60. Kromě toho hydroxid hořečnatý i hydroxid hlinitý působí v podstatě jako antacidní látky prostřednictvím žaludečního obalu61. Amoxicilin kromě toho hraje roli proti bakteriím Helicobacter a vykazuje širokospektrou aktivitu doxycyklinu. Všechny tyto faktory jsou hlavními důvody pro výběr těchto materiálů pro hodnocení jejich aktivity při hojení ran a vředů.

Používání antibiotik při jakémkoli poranění (rána nebo vřed) je hlavní léčbou pro rychlé hojení v kratší době. K tomu slouží prevence infekce, která je hlavní příčinou oddálení hojení rány nebo vředu. Infekce je totiž častou příčinou špatného hojení ran. V souladu s tím je pro léčbu akutních nebo chronických ran důležité výrazné snížení počtu bakterií, zejména inhibice růstu bakterií uvnitř indukovaných nebo otevřených ran snížením hodnot pH62. Indukce povrchu rány snižuje pH infikovaných povrchů a vytváří nevhodné prostředí pro růst a množení bakterií. Kromě toho může pH rány dodatečně ovlivnit účinnost antibiotik a antiseptik63. pH může modulovat účinnost; a úspěšnost působení antibiotik potenciálně mění metabolický stav bakterií23, což umožňuje růst bakterií a vznik získané rezistence. Například účinnost více antibiotik a stříbrných antiseptik je snížena v kyselém prostředí, které je příznivým prostředím i v naší studii64.

Hlavní úlohou antibiotik při hojení ran je inhibice růstu bakterií rezistentních na léky a podpora hojení na modelu rány na hlodavcích65. Amoxicilin i doxycyklin tyto role plní jako širokospektrá a baktericidní antibiotika, která pomáhají zabránit růstu bakterií a napomáhají hojení vředů a ran v krátké době. Nanočástice zavedené v této studii tedy vykazovaly mnohem vyšší antibakteriální účinnost proti gramnegativním a grampozitivním bakteriím, protože zvyšovaly sílu průniku do buněčné stěny nebo membrány bakterií. Zvýšený inhibiční účinek ve srovnání s účinkem samotného běžného antibiotika byl způsoben schopností navržených nanočástic dezintegrovat bakteriální membránu. Tyto nanočástice urychlily hojení vředů a ran regulací zánětu a angiogeneze. Kromě toho umožňovaly zvýšení absorpční schopnosti nano směsi v kůži.

Většina těchto nosičů nanočástic, jako je LDH, byla použita pro dodávku terapeutických látek s antibakteriálními vlastnostmi a byly zkoumány jako nano nosiče léčiv pro hojení ran, vybrané na základě potřeb rány13. Tyto nano nosiče napomáhají podávání léčiv, protože podporují růst buněk, urychlují hojení kožních ran a snižují tvorbu jizev66.

Zejména H. pylori žije hluboko v žaludečním hlenu a pro dostatečnou difuzi k bakteriím je nutná dlouhodobá lokální aplikace léčiv67. Žádné jednotlivé antibiotikum není účinné při eradikaci H. pylori, pokud je podáváno in vivo. Léčba takového infekčního onemocnění u peptických vředů obvykle vyžaduje trojitou terapii, která zahrnuje antibiotikum, antibakteriální léčbu a inhibitory protonové pumpy. Neúspěch terapie jedním antibiotikem může být způsoben špatnou stabilitou léčiva v kyselém pH žaludku, špatnou prostupností antibiotik přes vrstvu hlenu nebo dostupností subterapeutických koncentrací antibiotika v místě infekce po perorálním podání v běžné lékové formě68. Syntéza antibiotik v nanoformě proto pomáhá antibiotikům proniknout do hluboké slizniční vrstvy a zlepšuje baktericidní účinnost proti H. pylori.

Pro zlepšení účinnosti těchto terapeutických modalit byly vyvinuty systémy pro podávání antibiotik specifických pro dané místo pro lokalizovanou léčbu infekcí H. pylori v žaludku. Byly učiněny některé pokusy o vývoj systémů lokalizovaného podávání antibiotik v kyselém prostředí žaludku. Z tohoto důvodu jsme také zvolili pH 4 jako kyselé prostředí pro zlepšení stability léčiva. Amoxicilin („-amino-hydroxy-benzyl penicilin) je polosyntetické, perorálně vstřebatelné a širokospektré antibiotikum. Toto antibiotikum se široce používá při standardní eradikační léčbě žaludeční infekce H. pylori a použití nanosyntézy pomůže dosáhnout větší penetrace léčiva, a tedy vyšší baktericidní účinnosti27.

Ideální kandidáti na obvazy infekčních ran by měli dostatečně dodávat vysoké koncentrace antibiotik do místa rány; napodobovat strukturu a biologickou funkci nativních proteinů extracelulární matrix, které poskytují podporu a regulují buněčné aktivity; udržovat normální stav diferenciace v buněčném kompartmentu; být biokompatibilní a/nebo biologicky odbouratelní; a nemít nepříznivé účinky na okolní tkáň69. Na základě těchto faktorů je hlavním cílem a zásadním krokem pro hojení ran prevence infekce, a to zejména pomocí širokospektrých a baktericidních antibiotik, jaká byla použita v naší výzkumné studii. Kromě toho naložení širokospektrých a baktericidních antibiotik na nanomateriály pomáhá lékům dosáhnout větší penetrační síly uvnitř rány nebo vyvolaného vředu. V mezinárodním měřítku se jako klinický problém stále častěji objevují bakterie rezistentní vůči antibiotikům a multirezistentní bakterie; tyto bakterie byly nalezeny v izolátech od značné části pacientů s bércovými vředy a dokonce i v komunitním prostředí51.

Dalším mechanismem, jakým bylo dosaženo těchto výsledků, je kromě dosažené antimikrobiální účinnosti samotná LDH, která pomáhá zlepšit účinnost antibiotik, protože vrstevnaté hydroxidy byly považovány za jedinečné nano-nosiče pro účinnou buněčnou dopravu léčiv. Tato schopnost je dána vynikajícími vlastnostmi LDH, zejména jedinečnou modifikací povrchu dosaženou díky jejich příznivým iontově výměnným vlastnostem. Kladně nabité vrstvy vrstevnatých hydroxidů navíc výrazně zlepšují účinné buněčné dodávání léčiv. Záporně nabitá membrána buněk brání průniku léčiv se záporným nábojem. Začleněním aniontových léčiv do vrstev vrstevnatých hydroxidů jsou tyto lékové nanohybridy s kladně nabitým povrchem schopny správně vstoupit do buňky a zlepšit buněčné doručování léčiv51,70,71 . Zvětšováním velikosti částic vrstev nebo plátů LDH se snižuje jejich buněčné vychytávání, ale zajímavé je, že bylo pozorováno, že buněčné vychytávání všech velikostí vrstevnatých hydroxidů je dokončeno do 15 min mechanismem retenčního času72,73,74 . LDH mají další výhodu při dodávání záporně nabitých léčiv, protože na svém povrchu nesou čistý kladný náboj, který usnadňuje adsorpci i internalizaci přes záporně nabité biologické membrány bez nutnosti další postmodifikace/funkcionalizace jako v případě jiných materiálů. Mnoho výzkumníků proto konjugovalo do meziprostorů LDH řadu negativně nabitých cytotoxických léčiv a úspěšně je dopravilo do buněk s řízeným uvolňováním75,76.

Závěrem lze říci, že nanokompozity doxycyklinu a amoxicilinu vyvinuté v této studii (tj. Mg/Al LDH) mají velkou perspektivu pro léčbu ran (masti) v kratším čase a pro prevenci vředů (perorální dávkování). Přeměna antimikrobiálních léčiv, zejména antibiotik, na léčiva v nanorozměrech umožňuje získat nové vlastnosti, jako je aktivita při hojení ran a prevence vředů, mnohem lepší cestou než u standardně používaných léčiv. Tato schopnost se realizuje díky prevenci infekce prostřednictvím vyšší penetrační síly a vysoké účinnosti proti patogenním mikroorganismům, které infikují otevřené rány nebo slizniční poranění a způsobují zpoždění v rychlosti hojení infekce a život ohrožující problémy.